Δύο υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες που συγκρούονται μπορούν να δημιουργήσουν μια νέα υπερμεγέθη μαύρη τρύπα, η οποία δέχεται τόσο ισχυρή ανάκρουση ώστε να εκτιναχθεί έξω από τον γαλαξία της. Αν και αυτό θα συνέβαινε μόνο σε σπάνιες περιπτώσεις, δίνει μια εξήγηση για την πρόσφατη πιθανή ανίχνευση μιας τέτοιας «αδέσποτης» μαύρης τρύπας.
Το 2023, ερευνητές παρατήρησαν ένα λεπτό, γραμμικό σχήμα σε εικόνα που είχε τραβήξει το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Hubble σε ένα τμήμα του διαστήματος περίπου 7,5 δισεκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη. Με βάση την περαιτέρω ανάλυση, ανάμεσα σε αυτήν και εικόνες από το Διαστημικό Τηλεσκόπιο James Webb (JWST), αλλά και τη μελέτη του φωτός της γραμμής, ο Pieter van Dokkum από το Yale University και οι συνεργάτες του κατέληξαν ότι η γραμμή ήταν συνέπεια ενός κοσμικού συμβάντος που δεν είχε ξαναπαρατηρηθεί: μιας υπερμεγέθους μαύρης τρύπας που έφευγε από έναν γαλαξία με υπερηχητική ταχύτητα, αφήνοντας πίσω της μια αλυσίδα από νεαρά άστρα.
Δεν συμφωνούν όλοι με αυτή την ερμηνεία. Ωστόσο, ο Tousif Islam από το University of California, Santa Barbara και οι συνεργάτες του έδειξαν τώρα τι θα χρειαζόταν για να συμπεριφερθεί έτσι μια υπερμεγέθης μαύρη τρύπα.
Ενημερωμένος από παρατηρήσεις και προσομοιώσεις μεγάλης κλίμακας του σύμπαντος, η ομάδα δημιούργησε ένα μαθηματικό μοντέλο που μπορούσε να πάρει την ιδέα και τα χαρακτηριστικά μιας runaway black hole (RBH) και να αποκαλύψει την ιστορία προέλευσής της. «Είναι κάτι αντίστοιχο με την ανάλυση απολιθωμάτων, δουλεύουμε προς τα πίσω για να δούμε πώς έμοιαζε το παρελθόν», λέει ο Digvijay Wadekar, μέλος της ομάδας, από το University of Texas at Austin.
Η ομάδα διαπίστωσε ότι μια RBH όπως αυτή που πρότειναν ο van Dokkum και οι συνεργάτες του θα είχε προκύψει από δύο «γονικές» υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες, με τη μία να περιστρέφεται γρήγορα και να είναι έξι φορές πιο μαζική από την άλλη. Οι δύο αυτές μαύρες τρύπες θα είχαν συγχωνευθεί βίαια περίπου πριν από 70 εκατομμύρια χρόνια, δημιουργώντας μια RBH που ανακρούεται.
«Όταν κάνουμε προσομοιώσεις συγχωνεύσεων δυαδικών μαύρων τρυπών… σχεδόν κάθε φορά υπάρχει μια ανάκρουση, αλλά στις περισσότερες περιπτώσεις η ανάκρουση είναι πολύ μικρότερη», λέει ο Islam. Η ομάδα εκτίμησε ότι μια τόσο μεγάλη ανάκρουση, ώστε να ταιριάζει με την προτεινόμενη RBH, θα μπορούσε να συμβεί σε λιγότερο από 10% των συγχωνεύσεων μαύρων τρυπών.
«Ως μαθηματική άσκηση, είναι πολύ ενδιαφέρον, γιατί ο φυσικός μηχανισμός για να παραχθεί μια runaway υπερμεγέθης μαύρη τρύπα υπάρχει. Τώρα, οι πιθανότητες να συμβεί αυτό στην πραγματικότητα είναι πολύ μικρές», λέει ο Jorge Sánchez Almeida από το Institute of Astrophysics of the Canary Islands στην Ισπανία.
Από το 2023, ο ίδιος και οι συνεργάτες του υποστηρίζουν μια λιγότερο εξωτική ερμηνεία των αρχικών εικόνων. Σύμφωνα με τη δική τους ανάλυση, η γραμμή αντιπροσωπεύει έναν γαλαξία, γεμάτο περιοχές σχηματισμού άστρων, που τον βλέπουμε πλάγια.
Η ανάλυση του φωτός από αυτές τις περιοχές είναι λεπτή και μπορεί εύκολα να παρερμηνευθεί ως συνέπεια μιας γρήγορα κινούμενης RBH, λέει ο Sánchez Almeida. Προσθέτει ότι και άλλες μετρήσεις συμφωνούν με την ερμηνεία του γαλαξία που φαίνεται πλάγια, μεταξύ τους η σχέση ανάμεσα στη μάζα των άστρων και την περιστροφική τους ταχύτητα, που ταιριάζει με τη σχέση Tully-Fisher, ένα γνωστό αποτύπωμα ενός δισκοειδούς γαλαξία.
Η ομάδα, ωστόσο, επιμένει στην άποψη της RBH. «Υπάρχουν ανταγωνιστικές εξηγήσεις και αυτή φαίνεται η λιγότερο δυσμενής, ή μπορείτε να τη χαρακτηρίσετε και ως η πιο ευνοϊκή», λέει ο Wadekar. Ο Islam λέει ότι έμαθε για την RBH όταν το πανεπιστήμιό του διοργάνωσε ένα συνέδριο για τις μαύρες τρύπες και ότι οι συζητήσεις με αστρονόμους εκεί τον έπεισαν πως η ύπαρξή της και το παρελθόν της άξιζαν να μελετηθούν.
Η διαφωνία αυτή ίσως λυθεί με μελλοντικές παρατηρήσεις. Ο Sánchez Almeida λέει ότι το JWST έχει ήδη τη δυνατότητα να απεικονίσει καλύτερα αυτή την περιοχή του διαστήματος και να επιβεβαιώσει οριστικά αν πρόκειται για γαλαξία που φαίνεται πλάγια. Η ομάδα θέλει να χρησιμοποιήσει το μοντέλο της για να προβλέψει βαρυτικά κύματα που θα παρήγαγε η συγχώνευση των «γονικών» RBH, τα οποία θα μπορούσαν να ανιχνευθούν από κοντινά όργανα, όπως το Laser Interferometer Space Antenna (LISA), λέει ο Islam.
Physical Review Letters DOI: 10.1103/fm3n-sy3f
